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在工厂自动化和驱动技术的背景下，实时意味着周期时间要安全、可靠地达到10毫秒以下，***低至微秒。为了满足这些实时要求，以太网还必须获得实时功能。

以太网比现场总线快得多――那又怎样?

为了满足自动化的实时要求，需要保证传输带宽和传输延迟。即使这些带宽通常非常小(每个器件几十个字节)，该传输通道必须在每个I/O周期中可用，且达到延迟要求。

但是，经典以太网不提供延迟和带宽保证。相反，如果操作需要，以太网可以随时丢弃帧。这意味着什么?

以太网是所谓的桥接网络。帧(以太网帧)从一个点发到另一个点：从端点到交换机(网桥)，从那里可能发到其他网桥，***后到达另一个端点。该架构在很大程度上具有自我配置能力。网桥在转发帧之前先完全接收帧。许多问题正是出在这里：

如果在峰值时间存储的帧数多于网桥缓冲存储器可以容纳的帧数，则丢弃新传入的帧。

由于帧长不同，因此其延迟时间为其长度的函数。这会导致延迟波动(抖动)。

由于交换机应通过其发送帧的端口可能已经被其他帧完全占用，所以会导致额外的延迟。发送大型以太网帧(1522字节)在100Mbps速率下大约耗时124μs。

如果说以太网通常运行良好，这种说法在某种程度上是公允的。但是，这样做，我们使用的“通常”一词在硬实时语境下是无意义的。仅仅通常满足实时条件是不够的，必须始终满足该条件。

住在化工厂或炼油厂旁边的任何人都能理解这一点。工业通讯也不公平：***重要的是，控制/闭环控制应用始终具有优先权。

以PROFINET和EtherCAT为例展示的实时扩展

由于负责以太网标准化的IEEE并未就该问题提出解决方案，工业界开发了自己的解决方案――再次证明了其创造力。各种解决方案都有自己的优势和劣势，***终解决不同的市场问题。

PROFINET：普遍适用

通过PROFINET，可提供两种互补型解决方案。PROFINETRT是一种工厂自动化解决方案，周期时间***长为1ms。RT直接以标准以太网为基础。以太网的可能性(例如，服务质量(QoS，优先级))被用于产生实时流量优先级。这有所帮助，但QoS并不能完全解决资源和延迟问题。这就是限制软实时的原因。与网络中使用的其他协议(例如HTTP、SNMP和TCP/IP)的良好兼容性是该技术的明显优势。

对于硬实时，PROFINET提供同步实时(IRT)扩展。在此，部分以太网带宽通过标准以太网硬件的扩展专门为IRT流量保留。这可以通过IRT节点中的时钟的***同步来实现。因此，可以在每个周期阻止通道(红色阶段)中的正常流量。只有红色阶段中的IRT帧到达网络。此外，网络参与者准确地在预先计算的时间发送IRT帧，从而在红色阶段实现效率的***大化。IRT帧通过网络，几乎无周跳。这样做的一个优点是它可以红色阶段的长度限制在***低限度;在红色阶段，所有其他流量都必须等待。红色相位***多可以占用以太网通道带宽的50%。

如前所述，全长以太网帧(1552字节)在线路上大约耗时124μs。如果PROFINETIRT占用全部50%的带宽，***快的周期时间为2×124μs=248μs，舍入后为250μs。只有这样，其他协议(如HTTP)才能以不变的形式与其共存。

由于PROFINET2.3可用于IRT的优化，包括快速转发、动态帧封装和分段，因此可以实现低至31.25μs的更快周期时间。

EtherCAT：以太网现场总线

在EtherCAT的开发过程中，开始时还有其他要求。EtherCAT是基于物理以太网(即第1层)的现场总线。甚至第2层也针对现场总线应用和高吞吐量应用进行了优化。EtherCAT没有经典的以太网桥，使用求和帧电报，使数据传输特别***。EtherCAT每个周期发送一帧，与普通以太网不同;在后者中，设备间通信涉及的每台设备发送单独的帧。但是，此帧包含被寻址设备的所有数据。当EtherCAT帧由设备转发时，该特定设备的数据被实时插入到该帧中并从该帧中取出。通过这种方式，可以实现极短的周期时间，***小低于31.25μs。

EtherCAT还具有时间同步功能。为了将在PC上表现不太理想的以太网接口用作EtherCAT的主设备，人们付出了大量努力。

在EtherCAT下，以太网流量(如Web或TCP/IP流量)只能以背负方式分成小部分传输;不可能在线上直接共存。